气孔是植物与外界进行气体交换的主要通道,其功能的正常对于植物的生长、发育和生存至关重要。表皮模式因子(EPFs)参与调控拟南芥气孔密度和分布模式。EPFs是一类富含半胱氨酸的肽类激素家族,在其已知的11个成员中,3个成员参与气孔发育过程的调控。其中,EPF1和EPF2分别只在气孔世系细胞的不同发育阶段表达,抑制邻近细胞发育成为气孔。EPFL9在叶肉细胞中表达,与EPF2存在拮抗作用,是目前已知的唯一一个正调控气孔发育的信号短肽。作为单、双子叶植物的代表,水稻和拟南芥在保卫细胞形态、分布模式和发育过程的调控机制上均存在显著的不同。水稻EPFs是否或者如何参与调控气孔发育,目前尚不清楚。本研究首先利用生物信息学的方法挖掘出水稻基因组中的候选EPFs基因,继而综合利用反向遗传学和细胞生物学等手段观察、解析表皮模式因子参与调控水稻、拟南芥气孔发育的功能保守性和差异性及可能的作用机制。所取得的主要研究发现如下:1.EPFs同源序列不存在于菌藻等低等植物中,而在高等植物中才进化出现。小立碗藓基因组中只存在一个与EPF1/2同源性较高的序列,尚未出现EPFL9的同源基因。不同于拟南芥中只有一个EPFL9,水稻和玉米中含有两个EPFL9同源物,EPFL9-1 和 EPFL9-2。2.在分别过量表达OsEPF1和OsEPF2和通过RNA干扰抑制OsEPFL9基因表达的转基因植株中,剑叶中部气孔列的数目减少,气孔密度显著低于野生型对照叶片。进一步分析发现,转基因导致了部分气孔世系细胞发育的停滞。表明类似于拟南芥,水稻EPFs参与调控气孔发育过程。3.借助于创制、分析相关基因自身启动子驱动GUS表达的转基因植株,我们发现OsEPFs在水稻的胚芽鞘、未展开叶、茎、叶枕和花序中均有表达。表达的时空模式与气孔的发育及分布是一致的。4.在拟南芥中分别过量表达OsEPF1和OsEPF2,均导致转基因植株的气孔密度显著降低。分别过量表达OsEPFL9-1和OsEPFL9-2的转基因拟南芥植株的叶片气孔密度显著高于野生型,下胚轴中出现较多的气孔簇。有意思的是,过量表达OsEPFL9-1的叶片产生气孔簇,而过量表达OsEPFL9-2的叶片中没有出现气孔簇,表明两个OsEPFL9的两个旁系同源基因在调控气孔发育上存在功能分化。